Насадочные адсорберы

Для пенящихся  жидкостей

                                                                      wг = (0,3…0,4)w0.

При этом скорость газа, отнесенная к свободному сечению аппарата, равняется 0,5-1,0 м/с и более.

Диаметр абсорбера Dа рассчитывают из уравнения расхода для газовой фазы по рабочей скорости wг, м/с, и объемному расходу газа в колонне Vc, м3/с: 

                                                                

Затем выбирают ближайший диаметр Dа из нормализованного ряда диаметров колонн и уточняют рабочую скорость wp, которая не должна превышать 70...85% от предельной w0. 

5. Определяют  плотность орошения. 

Под плотностью орошения qор понимают объемный расход поглощающей жидкости, приходящийся на единицу площади сечения колонного абсорбера, м3(м2.ч): 

                                                                   qор = L/(ρж.0,785.Dа2), 

где L – массовый расход жидкости в колонне, кг/ч. 

При недостаточной  плотности орошения и неправильной организации подачи жидкости поверхность  насадки может быть смочена не полностью, а часть смоченной  поверхности практически не участвует  в процессе массопередачи. Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения qmin, выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной.

Для насадочных абсорберов минимальную эффективную  плотность орошения ρmin определяют по соотношению:

                                             qmin = fqэф,

где qэф - эффективная линейная плотность орошения, которую можно принимать равной 3,3.10-5 м2/с для крупных колец Рашига (размером более 75 мм) и хордовых насадок с шагом более 50 мм, и 2,2.10-5 м2/с для всех остальных случаев. Если qор > qmin, то коэффициент смачиваемости насадки принимают равным единице. При несоблюдении указанного условия принимают qор = qmin, пересчитывают расход жидкости в колонне L и, соответственно, конечную концентрацию поглощаемого компонента в жидкой фазе. 

6. Определяют  коэффициенты массоотдачи. 

Коэффициент массоотдачи по газовой фазе βу в абсорберах с регулярной насадкой находят из соотношения 

                                                                                                 0,74.         0,33               -0,47 

                                Nuг = 0,167.Reг      Prг   (h/dэ)  

                                         βу = Nuг Dг/dэ, м/с, 

где Nuг – диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы; Reг = wгdэρг/(μгε) – критерий Рейнольдса для газовой фазы в порах насадки; Prг = μг/(ρгDг) – диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы; μг – динамическая вязкость газа, Па.с; h – высота элемента насадки, м, dэ – эквивалентный диаметр насадки, м; Dг – коэффициент диффузии улавливаемого компонента в газовой фазе, м2/с. Значение Nuг для аппаратов с неупорядоченной насадкой (внавал) при величинах Reг от 10 до 10000 можно найти по уравнению: 

                                            

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе βx может быть найден из соотношений: 

                                               

                                                 βx = Nuж Dж/δ, 

где Nuж - диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы; Dж -усредненный по улавливаемым компонентам коэффициент диффузии в жидкой фазе, м2/с; δ = [μж 2/(ρж2g)]0,33 - "приведенная" толщина жидкой пленки, м; Reж = 4 L/(0,785 Dа ^2 f ψ μж ) - критерий Рейнольдса для жидкой фазы в насадке; Prж = μж/(ρж Dж) - диффузионный критерий Прандтля для жидкой фазы; ψ - коэффициент смачиваемости элементов насадки.

Коэффициенты  диффузии в газовой Dг и жидкой фазах Dж зависят от свойств диффундирующего компонента и среды, в которой происходит диффузия, а также от температуры и давления процесса. В справочных таблицах приводятся коэффициенты диффузии D0 в газах при температуре Т0 = 273 К и абсолютном давлении Р0 =1,01.105 Па  

При других абсолютных температуpax Т и давлениях Р он определяется по формуле: 

                                                         

При отсутствии экспериментальных данных для определения  коэффициента диффузии газа А в газе В при абсолютной температуре Т и абсолютном давлении Р, кг/см2, пользуются следующей зависимостью: 

                                              

где vA, vB - молекулярные объемы газов А и В; МA, MB - молекулярные массы газов А и В.

Для приближенного  определения коэффициентов диффузии в жидкостях при 20 °С можно пользоваться формулой: 

                                          

где Dж.20 - коэффициент диффузии в жидкости при t = 20 °С, м2/с; μж — динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа.с; vA, vB - мольные объемы растворенного вещества и растворителя; МA, МB - мольные объемы растворенного вещества и растворителя; А1, В1 — коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя.

Коэффициент диффузии газа в жидкости Dж.t (при температуре t) связан с коэффициентом диффузии Dж.20 (при температуре 20 °С) следующей приближенной зависимостью:

                                     

                                                             Dж.t = Dж.20[1 +b(t - 20)], 

в которой  температурный коэффициент может  быть определен по эмпирической формуле: 

                                                            

где μж - динамический коэффициент вязкости жидкости при 20 °С, мПа; ρж – плотность жидкости, кг/м3.

Молекулярные  объемы определяются как сумма атомных  объемов элементов, входящих в состав соединений.

           

7. Определяют  коэффициенты массопередачи. 

Коэффициенты  массопередачи по жидкой Kх и газовой Kу фазам находят, складывая коэффициенты массоотдачи βy и βx (предварительно представленные в требуемых единицах измерения) по принципу аддитивности:

       

                                                              

где m - коэффициент в уравнении линии равновесия.

Если  равновесная линия хорошо аппроксимируется уравнением Генри и ее можно представить прямой, то коэффициент m определится как тангенс угла наклона этой линии к оси абсцисс. 

8. Определяют  поверхность массопередачи. 

Поверхность массопередачи находят из основного уравнения массопередачи: 

                                                           

где Kу, Kх - коэффициенты массопередачи, определенные соответственно по газовой и жидкой фазе; ΔYср, ΔХср, - средние движущие силы абсорбции по газовой и жидкой фазам. Поток массы загрязняющего вещества из газовой фазы в жидкую M определяют по

уравнению материального баланса: 

                                                 M =G(Yн −Yк ) = L(X к − X н ) . 

где G, L - расходы газовых выбросов и поглотителя.

Величины, входящие в уравнения по определению  коэффициентов массоотдачи, массопередачи и основное уравнение массопередачи, должны быть выражены в соответствующих друг другу единицах измерения.

 

9. Определение  высоты абсорбера.

 

Необходимую высоту насадки Н, м, подсчитывают по соотношению: 

                                                             H = F/(0,785.Dа^2.f.ψ), м. 

Для расчетов параметров массопередачи в насадочных колоннах часто используют соотношения, связывающие высоту насадки H в колонне с числом и высотой единиц переноса: